测斜仪器及其测斜原理.

测斜仪器及其测斜原理韩志勇1.测斜仪器分类；2.测斜原理；3.MWD信号传输原理；测斜仪器分类测斜原理—液面原理•1.液面是水平的。井眼轴显示倾斜的。液面与井眼轴线的法面的交角，即为井眼井斜角。•2.氟氢酸测斜仪就是这个原理。•3.虹吸测斜仪也是应用此原理。测斜原理—液面原理•HF液面原理测斜定向：–齿刀上的齿尖所指方位，标志着造斜工具的工具面方位。–测量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上，留下齿刀的印痕，于是可知道造斜工具的工具面方位；–同时，氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于是知道了工具面方位与井斜方位的关系。–需在下钻前在裸眼内测得井斜方位；测斜原理—重力原理1.重锤罗盘照相–井斜角的定义就是：重力方向与井眼方向之间的夹角。所以可以利用重力原理测量井斜角。–悬挂的重锤，总是指向重力方向；–罗盘面上刻有许多同心圆，代表不同的角度。–对着罗盘照相，“十”字标记投影到罗盘面上，可以读到井斜角值。–重锤悬挂长度越长，测量范围就越小；–巧妙设计，可测900甚至1200井斜角。LRtg1测斜原理—重力原理重锤打孔测井斜•重锤带尖；•时钟控制；•到时间后，由时钟控制驱动弹簧，推动打孔纸板撞向重锤的尖部，从而打孔。•由孔眼位置可读井斜角。测斜原理—重力原理3.重力加速度计•原理：–重力元在重力作用下要发生位移，引起电容传感器的电容发生变化，此变化信号通过放大以后，使线圈产生一定的电流，该电流产生磁力使重力元复位。–重力元位移大小，反映在线圈给出的电压大小。–重力元的位移大小与重力元在空间的状态有关。测斜原理—重力原理3.重力加速度计•重力元的空间状态：–水平状态，重力方向与位移方向一致，位移最大；–垂直状态，重力方向与位移方向垂直，位移为零；–倾斜状态，重力方向与位移方向有一定夹角，位移与角度sinα成正比。测斜原理—重力原理3.重力加速度计•重力加速度计的布置–在测斜仪器中，在X，Y，Z三个方向上，各装一个重力加速度计，则三个重力加速度计的测值是不同的。通过计算，可以算出重力方向与仪器轴线的夹角即井斜角的大小。测方位原理—磁北原理磁北原理•地球有个磁场，地球上任一点都受到磁场的作用，该点的磁力线方向（即磁北方向）在一段时间内基本上是不变的。测的磁力线方向与井眼方位线的夹角，即是井斜方位角。测方位原理—重力原理1.磁罗盘–磁罗盘是中华民族的伟大发明。–磁罗盘始终处于水平位置，并可自由转动，罗盘始终指出磁北极的方向。–与重锤罗盘和为一体，在测得井斜角的同时，也测出井斜方位角。测方位原理—磁北原理1.磁罗盘–如果罗盘盘面上的方位标志，与地理方位相同，则“十”字标记落在低边方位线上。而井斜角是高边方位线与正北方位线的夹角。所以罗盘面上的读值与实际井斜方位相差1800。–为了丛罗盘盘面上直接读出井斜方位，需要将N和S位置互换，E和W位置互换。罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理—磁北原理2.磁通门•磁通门结构：–铁心上绕着两级线圈。–初级线圈，先正向缠绕，然后又反向缠绕。线圈内通交流电，不管电流大小和变化如何，线圈感应的磁场互相抵消为零。–次级线圈，仅一个方向缠绕，且不通电。在没有地球磁场情况下，也不会感应电流。–在地球磁场影响下，会感应出电流来。感应的电压大小与该点处地球磁场强度大小有关，与通过磁通门的磁通量多少有关。测方位原理—磁北原理2.磁通门•磁通门状态–磁通门与磁力线方向的关系状态不同，通过的磁通量多少就不同。•磁通门的布置–磁通门在仪器中的三个坐标方向布置，根据三个磁通门测得的磁通量的值，可以算出磁北方向与井眼方位的夹角，即井斜方位角。测方位原理—磁北原理2.磁通门—井斜方位角计算•第三种计算方法：•根据X、Y、Z三个方向上的三个重力加速度计的测值（分别为：GX、GY、GZ）可以求得X、Y、Z三个坐标轴的正方向与重力线方向的三个夹角θx、θy、θz。•由于三个加速度计的安置方向与三个磁通门的安置方向完全相同，所以，三个磁通门的正方向与重力线的夹角也等于：θx、θy、θz。测方位原理—陀螺原理•陀螺仪结构及原理：–高速旋转的陀螺仪具有定向性(定轴性)。加上内外框架，构成“万向机架”。只要陀螺轴的方向不变，与外框架构成一体的罗盘的方向也就不变。–在陀螺仪启动时，人为地使陀螺轴指向地理正北(不是磁北)，就可保证罗盘的N极始终指向地理正北。–如此即可以陀螺罗盘的正北作为参照方向，测量井斜方位。测方位原理—陀螺原理•陀螺进动原理ω各种方法精度对比仪器每10000英尺测深的位移误差仪器外径使用的局限性磁性仪器200英尺2.25英寸磁干扰及磁场变化自由陀螺100英尺2～3英寸进动漂移找北陀螺20～30英尺1.75～3英寸惯性导航1英尺10.6英寸直径太大，结构复杂MWD原理简介—组成•MWD(随钻测量系统)–开始出现随钻测斜SWD(SurveyWhileDrilling)；–后来出现随钻测量MWD(MeasurementWhileDrilling)；–可测内容：井斜参数(井斜角、井斜方位角)；定向参数(工具面角)；地层参数(电阻、伽码等)；工艺参数(钻压、转速等)；泥浆参数(井温、压力等)；–MWD三大组成部分：•井下测量部分：各种参数的传感器、输出测量信号等；•信号传输部分：编码器、传送部分、动力部分；•地面接收部分：译码器、计算、显示、存储、打印等；–三部分中，难度最大的时传输部分。MWD原理简介—电缆传输法•电缆传输法的优点：–信息传输效率高，速度快，信息量大，可进行实时传输；–不需要井下电源，地面电源通过电缆传导井下；–可以双向通信，形成闭环控制；–不存在信息衰减问题，没有井深限制；•1.电缆钻杆：–特制的钻杆，电缆埋在钻杆壁里。特殊接头，不仅可连接钻杆，还可连接电缆。–缺点：电缆钻杆制作太复杂；•2.有线随钻：–仪器和电缆从测入接头进入钻杆水眼，并下入到井下。缺点：–下入后不能接单跟；–无法进行旋转钻进；–电缆容易磨损；等等MWD原理简介—电磁波及声波传输法•电磁波传输法：–电磁波可以传输电视、广播、电报等等，原理上可以传输井下测量信号，实际上困难很大；–主要问题是：传播介质是井内泥浆和地层岩石，信号衰减太厉害；–至今未见应用；•声波传输法：–地面制造地震波，传导井下后在反射回到地面，接受后可以得到地层信息，原理上也可以将井下测量信息传导地面上。–但是实际上困难很大，主要问题也是信号衰减严重，受到的干扰太多。–现在还在研究中。MWD原理简介—泥浆压力脉冲传输法•钻柱内外都有泥浆，泥浆有压力，在井下制造一个压力脉冲，通过钻柱内的泥浆传导地面上。在立管上可以接受到此压力波。传播速度1400～1500米/秒。•正脉冲：平时凡尔打开，立管压力正常，凡尔被堵时压力突然增高，发出一个脉冲信号。压力增高代表“1”；压力不增高代表“0”。•负脉冲：平时凡尔赌注，立管压力正常，凡尔打开时将井内与环空连通，相当于循环短路，压力突然降低，发出一个负脉冲信号。•主要缺点：传输速度慢。一个脉冲5秒钟，传一个参数需要1～2分钟。MWD原理简介—泥浆连续波传输法•两个大小形状完全相同的盘子，开着同样的槽口。一个是静盘，一个动盘。马达带动动盘连续旋转，槽口连续“被堵”和“开通”，造成连续波形。•动盘转速不同，得到的连续波形就不一样。•只要有两种波形就够了，一种代表“1”，一种代表“0”。•每秒钟可发出三个波形，传输一个参数，只需要9秒钟。